JPH02241133A - 光波信号を受信する方法、光波信号を介する通信方法及び光波通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技五方１ 本発明は、光波通信の分野、より具体的には、半導体レ
ーザー構造を使用する光波受信機に関する。

定団勿貢１ 高密度バック　インコヒーレント波長分割多重（ＷＤＭ
）光波通信システムはコヒーレント（ヘテロダイン）シ
ステムに対する代替システム　アーキテクチャ−として
ますます関心を集めている。インコヒーレントＷＤＭ光
波通信システムを実現するに当ってのキー要素は光波信
号のフィルタリング、増幅及び検出を提供する光波受信
機である。光波受信機を実現し、波長分割多重光波信号
の高密度バッキングを実現するために、光波増幅器及び
検出器に影響を与える光波或は光学フィルターに焦点が
置かれる。

光波フィルタリンクの問題を解決するために、かなりの
研究活動が分散フィードバック（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ
ｄ　ｆｅｃｄｂａｃｋ、　Ｄ　Ｆ　Ｂ　）半導体レーザ
ー構造のインライン　フィルタリング　デバイスとして
の使用に焦点をおいている。このような分散フィードバ
ック（ＤＦＢ）半導体レーザー構造は閾値レーシンク電
流＋ｔ、ｈ以下にセットされたバイアスにて動作されて
いる。ＤＦＢレーザーの閾値以下の動作によって提供さ
れるフィルタリンクか８人のチューニング　レンジを通
して報告されている。

このデバイスの°°イン　ラインパの性質は、受信され
た光波信号のその後の増幅及び検出のために必要となる
。更に、イン　ライン要素として、これらレーザー構造
は透過性を持つ。この木質的な用途の所でイン　ライン
要素は光波信号を入力として（通常、平面或は端面）を
通して受信し、この信号に関して要求される機能、例え
ばフィルタリンクを遂行することによって、出力として
光波信号を（通常、この平面の反対の平面を通して）提
供する。換言すれば、ＤＦＢ半導体レーザー構造によっ
て実現されるこのイン　ライン要素は、一端の所て光波
信号を受信し、これら信号を内部的にこれらか他端にお
いて出力として提供されるように処理する。こうするこ
とによって、光波信号かイン　ライン要素を横断するよ
うに見える。

」二に述べた光波信号の受信及び増幅を達成するための
他のイン　ライン要素は増幅器及び検出器である。進行
波構造（ワン　バス）及びファブリペロ構造（多重バス
）か光学増幅要素のために提案されている。通常、タイ
オード構造１例えば光タイオート或はアバランシェ光検
出器か光波信号活動を検出し、結果とし、光波信号活動
を対応する電気信号活動に翻訳するために採用される。

光波受信機内の要素の総数を削減するために、半導体レ
ーザー構造か二重機能イン　ライン　デバイスとして機
能するために採用されている。例えば、エレクト　レタ
ー（Ｅｌｅｃ、ｔ、　、Ｌｅｔｔ、　、）、Ｖｏｌ　、
　２［１、Ｎｏ。

１９、ベージ７！１４−５において、閾値（レーシング
電流閾値Ｉｔｈ）以下のポイントに加えられた順バイア
スにて動作する埋め込みへゾロ構造レーザーか同時的に
光波増幅及び検出を示すことか述べられている。埋め込
みへテロ構造レーザーがバス構成にて再生器或はリピー
タ−としＣ、レーザーによって受信される光波信号がレ
ーザーを横断し、このバス構成上にさらに放射されるよ
うに接続される。参照の文献に説明される意図される用
途においては、この二重機能イン　ライン要素（埋め込
みへテロ構造レーザー）は、必然的に、透過性要素であ
る。

λ五辺１遣 本発明によると、受信された光波信号の増幅、フィルタ
リング及び検出を含む多機能動作が分散ブラッグ反射器
（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　ｒｅｆｌｅｃ
ｔｏｒ　、　Ｄ　ＢＲ）レーザー構造を含む統合光波受
信機にて達成される。このレーザー構造は電気的にレー
シング閾値電流Ｉｔｈ以ｆにバイアスされる。チューナ
フル　フィルタリングは適当な電気バイアスをＤＢＲレ
ーザー構造のブラッグ　セクションに加えることによっ
て達成できる。チューニング性かＤＢＲレーザー構造の
多機能受信機実現の場合、個別のＤＦＢレーザー構造フ
ィルター（＝８人）よりも広い範囲（≠９０人）を通し
て示された。

１皿ム鳳湖 本発明は、本発明の一例としての実施態様の以下の説明
を図面を参照にして読むことによって一層明白となるも
のである。

本発明の原理によると、分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）
レーザー構造か光波通信システム内の統合受信機として
採用される。ＤＢＲレーザー構造か受信された光波信号
に応答して共振増幅、フィルタリング及び検出の統合動
作を遂行する多重機能要素として動作するように適当に
電気的にレーシングｍ個（Ｉい）付近にバイアスされる
。ＤＢＲレーザー構造のブラッグ　セクションを電気的
にバイアスすることにより、フィルタリンクを所望の波
長の所て起こるようにチューニングすることが可能であ
る。フィルタ一応答のハンド幅は高密度バックＷＤＭ光
波システムに応用するのに十分に狭い値を持つ。

第１図は共通光波伝送媒体を通じての周波数或は強度変
調を採用する双方向光波通信システム１０の略図である
。光波通信システムｌＯは遠隔受信機１７、伝送媒体１
５及び変調器１１、ＤＢＲレーザー構造１２及びデータ
　ユティリゼーション要素４を含むローカル　トランシ
ーバを含む。伝送媒体１５は、光波信号のローカル　ト
ランシーバ−から遠隔トランシーバ−への伝播をサポー
トするためにローカル　トランシーバ−及び遠隔トラン
シーバ−の両方に光学的に結合される。この構成におい
ては、ＤＢＲレーザー構造１２か半二重方式ての送信及
び受信を提供するために＠値の−１−或は下にバイアス
される。送信機として、ＤＢＲレーザー構造１２は、変
調された信号１４を生成し、これを伝送媒体１５に送信
する。受信機として、ＤＢＲレーザー構造１２は伝送媒
体１５から光波信号１８を得る。

遠隔とは、ここては微視的、例えば、同一半導体チップ
上に位置すると言う意味において、或は巨視的、例えば
、地理的に離れていると言う意味において、ローカＪし
　トランシーバーから離れていることを意味する。

上に簡単に述べたように、ローカル　トランシーバ−は
経路１３を介して分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーサ
ー構造１２に接続された変調器１１を含む。変調器１１
はＤＢＲレーザー構造１２の要求される変調を提供し、
光波信号１４か周波数或は強度変調信号として生成され
る。一つの実施態様においては、変調器１１かレーザー
に加えられる電流を変えることによって直接変調するた
めにＤＢＲレーザー構造１２に電気的に接続される。別
の方法としては、変調器１１かＤＢＲレーザー構造１２
に光学的に、ＤＢＲレーザー構造１２によって生成され
た光波信号を周波数変調するためのイン　ライン要素と
して光学的に接続される。ローカル　トランシーバ−か
伝送子−１〜として動作された場合、この注入電流は、
このレーザー構造をレーシング閾値付近に上げるのに十
分な値を持つ。

光波伝送媒体から光波信号１８を受信するために、ロー
カル　トランシーバ−は、また経路３を介してＤＢＲレ
ーザー構造１２に電気的に接続されたデータ　ユティリ
ゼーション要素４を含む。このユティリゼーション要素
４はＤＢＲレーザー構造１２の共振器に入る入射光波信
号１８に応答して屈折率の変化に起因するＤＢＲレーザ
ー構造１２からの電圧の変動及び疑似フェルミ　レベル
分離を検出しこの結果として、信号光子数を増加させ、
ＤＢＲレーサー構造１２のアクティツ層内で同数のキャ
リアか再結合されるようにする。受信モートにて動作さ
れた場合、ＤＢＲレーザー構造１２は、通常、■。

２５　Ｉ　Ｌｈ以下のレンジ内のレーシング閾値付近に
バイアスされる。バイアス電流が閾値Ｉｔｈを超えると
、ＤＢＲレーザー構造によって内部的に生成された信号
と受信された光波信号とのビーチインクか起こる。又、
バイアス電流が閾値より約０．４１ｔｈ下に落とされる
と共振増幅の量か同しように低下される。以下に説明さ
れる多重量子井戸＜ＭＱＷ）ＤＢＲレーザーに対する結
果は約０．９９Ｉｔｈの電気的バイアスにて達成された
ものである。

遠隔トランシーバ−１７の所において、光波信号１６が
ローカル　トランシーバ−から受信され、光波信号１９
が生成され、ローカル　トランシーバ−に送られる。

トランシーバ−１７は伝送媒体から光波信号１６を受信
する。システム　アーキテクチャ−及び受信機の実際の
機能に基づいて、トランシーバ−１７は受信された光波
信号１６に関して以下のように動作する。例えは、受信
機は光波信号１６のホモダイン或はヘテロタイン受信を
介してコヒーレント検出を行なう。受信機の所でのロー
カル発振器の必要性は、Ｍ−１（１１のバントパス光学
フィルター１例えば、光波（ｉ号１４、つまり１Ｍ−ア
レイＦＳＫ信号内に含まれるＭ−１個の異なる波長にチ
ューニングされたファフリベロ　フィルターを含めるこ
とによって排除てきる。後者の構成においては、Ｍアレ
イＦＳＫ信号が検出され、ＭアレイＡＳＫ信号として出
力される。

光波信号を情報に印加するための変調技術には、周波数
変調、振幅変調或は強度変調が含まれる。周波数変調は
アナログであるかデジタルであるかを問わず、全ての形
式の周波数変調を含むものと理解される。従って、特定
の用語、例えば、ＦＭ（周波数変調）或はＦＳＫ　（周
波数偏位変調）は、本発明の実施態様の原理を読者に理
解させることを目的として使用するものであり、本発明
の範囲を限定することを意図するものてはない。更に、
用語ＦＳＫは、さまざまなバリエーション、例えば、二
進ＦＳＫ及びＭアレイＦＳＫを含むものと理解されるべ
きである。最後に、他の変調技術、例えば、連続（ＡＭ
或はＩＭ）或は離散（ＭアレイＡＳＫ、Ｍ＝２．３）形
式での強度変調、及び連続（ＡＭ或はＩＭ）或は離散（
ＭアレイＡＳＫ、Ｍ＝２．３）形式ての位相変調も本発
明の原理の精神及び範囲から逸脱することなく周波数変
調との関連て使用てきるものである。

伝送媒体１５は光波送信機と光波受信機との間の光波信
号に対する伝播経路を提供する。一般に、伝送媒体１５
は、誘電導波路例えば、光学フアブリペロ、半導体導波
路、金属非拡散ニオブ酸リチウム或はタンタル酸リチウ
ム導波路要素等を含むものと理解される。勿論能の要素
、例えば、コンバイナーカップラー、星形分散網、交換
要素、光学増幅器、信号再生器、及びリピータ−等も伝
送媒体１５内に本発明の原理の一般性及び適用性を失う
ことなく存在できるものである。最も単純な実施態様に
おいては、伝送媒体１５は出力信号、つまり光波信号１
６或は１８か伝送媒体の他端の所で最終的に受信機の所
に配られるまで人力信号、光波信号１４又は１９の光学
伝播をサポートする。

光波システム１０をより大きな光波システム、例えば、
周波数分割多重（ＷＤＭ）シスデム等内において一般性
を失うことなく含めることができることは、当業者にお
いては、当然理解できるものである。

上に説明の変調器、伝送媒体及び受信機の実施態様は、
当業者においては周知である。従って、以下の説明にお
いては、送信機、特にＤＢＲレーザー構造１２について
より詳細に説明する。

格子２かＤＢＲレーザー構造１２のブラッグ　セクショ
ン内に伝送媒体１５への結合の反対側に位置する。

第２図は本発明の原理による光波システム１０内のＤＢ
Ｒレーザー構造１２として使用するための一例としての
分散ブラッグ反射器半導体レーザー構造の断面図を示す
。第２図に示されるＤＢＲレーザー構造は、逆バイアス
ｐ−ｎブロッキング領域を持つ埋め込みへテロ構造であ
る。他の構造、例えば埋め込みリッジ、クレセント或は
Ｖ−溝、ダフル　チャネル　プレーナー埋め込みへテロ
構造、半絶縁ブロッキング領域プレーナー埋め込みへゾ
ロ構造等もＤＢＲレーザー構造１２の実施態様として使
用できるものである。

第２図に示されるような半導体構造は、エピタキシャル
成長技術、例えば液層エピタキシー、分子線エピタキシ
ー、化学線エピタキシー及び気層エピタキシーを使用し
て成長できる。これら技術は文献において説明されてお
り、当業者においては周知である。これに関しては、例
えば、Ｈ，Ｃ，ケージ−（Ｈ，Ｃ，Ｃａ５ｃｙ）らによ
る著書［ヘテロ構造レーザー（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃ
ｔｕｒｅ　Ｌａ５ｅｒＳ）　、　Ｖｏｌ、Ａ及びＢ、ア
カデミツク　プレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）
　（１９８７年）を参照すること。又図面に示されるレ
ーザー　へテロ構造に類似する分散フィード　バック　
レーザーを作るための方法に関しては、合衆国特許第４
，０２３，９９３号を参照すること。

第２図に示される如く、ＤＢＲレーザー構造はｎ−タイ
プＳｎ：ＩｎＰ基板２３を含み、この上に逆バイアスｐ
−ｎブロッキング領域及び埋め込みヘテ０構造が成長さ
れる。コンタクト層２４．３０及び２５かバイアシング
及び電流注入のためにＤＢＲレーザー構造の上側及び下
側（コンタクト２５）表面りに堆積された広いエリアの
金属コンタク１〜として示される。ターミナルＩ６を介
しての利得セクションへの電流注入は、ＤＢＲレーザー
構造の利得セクション内のレーシング或は増幅状態を生
成するために使用される。コンタクト２４及びターミナ
ルＴＢを介してのフラッグ反射器領域に対する電流注入
はオプションである。１．を介してのバイアシングは対
象となる特定の波長にブラッグ　セクションをチューニ
ングするために有効である。標準のオーミック　コンタ
クト製造技術、例えば金属膜、合金蒸着、スパッタリン
グ及びアニーリングかこの特定のＤＢＲレーザー構造に
対するオーミック　コンタクトを実現するために使用す
ることかできる。第２図に示されるレーザー構造におい
ては、コンタクト２４及び３０は標準のＡ　ｕ　−Ｚ　
ｎコンタクトであり、−・方、コンタクト２５は、蒸着
されたＡ　ｕ　−Ｇｅ−Ｎｉコンタクトである。

標準のエピタキシャル成長技術を使用して、ヘテロ構造
が基板２３上に以下の順番で成長される。つまり、約Ｉ
ＩＬｍ厚の追加のｎ−タイプ５ｎ−ＩｎＰバッファ層（
図示無し）：約０．２５ｇｍの厚さを持ち、また約１．
３ｇｍフォトルミネセンス波長に対す適当なモル分率ｘ
、ｙを持つＳＮ：Ｉｎ、Ｇ。−、ＩＡＳｙＰ□−９から
成るｎ−タイプ　ガイド層２６：約２５０人の厚さのオ
プションとしてのＩｎＰエツチング停止層（例えば、第
３図の層３３）：約０１ｕＬｍの厚さを持ち、実質的に
要求される利得プロファイル曲線のピークの所の特性（
）オドルミネセンス）波長入、を生成するのに適当なモ
ル分率Ｘ及びｙを持つアンドープ４元素（Ｉ　ｎ　Ｘ　
Ｇ　ａ　Ｉ　−ＸＡｓｙｐｔ−ｙ）アクティブ層−−こ
の例では、特性波長は約１．３）Ｌｍに選択される；約
３μｍの厚さのｐ−タイプＺｎ：ＩｎＰクラツデイング
層２８；そして約０．７１Ｌｍの厚さのｐ−タイプ４元
素キャップ層２９が順番に成長される。フォトリソグラ
フィー及びエツチング技術（例えば、臭素メタノールエ
ッチンク剤）を使用する標準のストライプ　マスキンク
かこのヘテロ構造メサを製造するために使用される。

第３図にＤＢＲレーザー構造の代替実施態様として示さ
れているか、アクティブ層２７は多重量子井戸領域から
成ることが周知である。これに関しては、アプライド　
フィジクスレターズ（八ｐｐ１．Ｐｈｙｓ・１、ｃｔｔ
、、）　、　５３（１２）、ベージ１０３６以降ＣＩ　
９８８年）を参照すること。この一つの実施態様におい
ては、ＭＱＷ−ＤＢＲレーザー構造のアクティブ層２７
はＩｎＧａＡｓ（８０人の厚さ）の４つの井戸層、及び
Ｉ　ｎＧａＡｓＰ　（１，３ｇｍ）オドルミネセンス波
長）バリア層（１００人厚）を含む。

このプロセスの中間ステップにおいて、アクティブ層２
７の一部分及び場合によってはオプションのエッチンク
停止層かブラッグ反射器領域から除去され、又、なみが
だが例えば、ブラッグ反射器領域内の層２６の表面上に
標準のマスキンク及び工・ンチンク技術を使用して作ら
れる。

ヘテロ構造メサか形成された後に、基板２５上にｐ−ブ
ロッキング層２２及びｎ−プロ・ンキング層２１を成長
するための一連のスデップが形成される。ブロッキング
層２２は約０．５ｇｍの厚さのＺｎ：ＩｎＰから成り、
ブロッキング層２１はコンタクトのために半導体構造全
体を実質的に平坦化するために十分な厚さのＳｎ：Ｉｎ
Ｐから成る。

アイソレーション溝３２が、例えば、ブラッグ反射器領
域と利得領域との間に電気的アイソレーションを作るた
めにヘテロ構造の一部分をエツチングすることによって
形成される。他の技術、例えは、イオン注入等をアイソ
レーション溝３２の代わりに使用することも考えられる
。

約１０１７からＩ　Ｏ１８ｃ　ｍ−’のドーパント濃度
も上に説明のＤＢＲレーザー構造内の層内のＳｎ及びＺ
ｎドーパントに対して適当である。最終的な処理の後に
、レーザー構造かこのペテロ構造内にサポートされる光
の伝播の方向に対して垂直の平面内に少なくとも二つの
端面な生成するように切り開かれる。示されるレーザー
構造は、端面間に統合フィードバック構造としてぎざぎ
ざを持つため、端面反射を最小限に押えるためにブラッ
グ　セクションの少なくとも端面に反射防止コーティン
グを塗るのが通常である。

第２図及び第３図に示されるように、ＤＢＲレーザー構
造のフィードバック構造は、ガイド層２６内に形成され
たぎざぎざ格子３１を含む。この格子の形状、深さ及び
ピッチ或は周期は可変てあり、この格子の位置及びそれ
から要求される結果に依存する。

原理上、ＤＢＲレーザー構造のフィードバック構造は、
レーザー導波路の伝送特性内に、レーザー導波路内の光
波伝播の方向に実質的に連続的に沿い、又２導波路内の
光学エネルギーの伝播の方向に実質的に縦方向に沿って
形成される伝送特性の空間的周期的摂動を含む。導波路
の伝送特性の空間的周期的摂動は、レーザーに対する導
波路媒体の利得、屈折率、伝播定数或は他のパラメータ
の変動の形式を持つ。

本発明の原理によると、ブラッグ反射器領域内のレーザ
ーのガイデイング領域、して有効な格子の周期は、有効
同期Δｅｆｆ　”入ｐ　Ｍ　／　２　ｎによって与えら
れるか、ここで、入、は実質的に半導体構造の利得領域
に対する利得ピーク或は利得最大の所の特性波長であり
、Ｍは１以上の整数として表わされる格子の次数であり
、モしてｎは半導体レーサーの導波路モートに対するモ
ーダル或は有効屈折率を表わす。

格子ラインの縦方向の位置決めか要求されるか、格子ラ
インの角度方向の偏位（ねじれ）が起こり、この格子ラ
インはＤＢＲレーザー構造に対する光波伝播の方向に実
質的に縦方向に横たわることに注意する。

一次（Ｍ＝１）或は高次（Ｍ−２，３、・・・）の集積
フィードバック構造、例えば波形の格子を使用すること
か可能である。このような格子は、標準電子ビーム、フ
ォトリゾグラフィック及び／或はホログラフィック　バ
ターニンク技術、及び必要なその後の湿式或は乾式エッ
チンク　ステップを使用して製造することか可能である
。この格子の形状は、第２図及び第３図に示されるよう
に正弦ても、或は三角形、長方形、台形、半円形成はそ
の他の周知の複素関数てもあり得る。様々な格子プロフ
ィル及び製造技術に関しては、例えば、エレクＩ・リッ
ク　レタ：ノコ（Ｅｌｅｃｔ、　Ｌｅｔｔ、、）、Ｖｏ
ｌ、１９、Ｎｏ、２５　／２６、ベージ１０７６−　７
　（１９８３年）を参照すること。

ガイド層に対する格子の位置は、格子をガイド層より下
の基板上、カイト層上、或はブラッグ反射器領域内のガ
イド層付近の他の層上に位置することによっているいろ
変えることがてきる。勿論、格子位置の選択に当っては
、格子位置対導波路モード、ピークから谷までの格子或
はぎざぎざの深さ、ぎざぎざ或は格子の境界を作る材料
の屈折率間の差によって決定されるため格子結合強度を
考慮することか必要である。

第２図及び第３図の一例としての実施態様においては、
−次格子か、Ｌに説明の基準を満足する有効周期Ａ　ｅ
（（を持つように示される。図面に示されるぎざぎざの
格子は約２３５０人のピッチ及び約８００人（λＢ）の
深さを持つ。

勿論、ブラッグ格子は、増加されたライン幅エンハンス
メント及び改良されたＦＳＫ動作のためにフォトルミネ
センス波長より長い波長にデチューニンりし、また強度
変調システムに対して有効なようにフォトルミネセンス
波長より短い波長にデチューニングすることかできる。

上に説明されたようにデチューニングを達成するために
は、要求される波長デチューニングの量を選択すること
か必要である。当分野において周知の標準計算技術を用
いて、レーザー構造のモータル屈折率がＤＢＲレーザー
に対する組成及び層のサイズを使用して決定される。こ
の屈折率の値はＩＥＥＥジャー　ル　オ゛　クラオンタ
ム　エレクトロニクス（ＴＥＥＥ　Ｊ、　ｏｆ　Ｑｕａ
ｎｔ、ＥＩｃｃｔ、、）ＱＥ−２１，ベージ１８８７以
降（１９８５年）を参照すること。

ブラッグ波長を半導体材料に対する利得ピークの波長よ
り長くなるように格子周期をデチューニングすると、結
果としてのＤＢＲレーザー構造か、異常に長いライン幅
エンハンスメント係数αを持つこととなる。これに関し
ては、１９８９年１月２７日付けて出願された譲渡人を
特徴とする特許第３０：ｌ、５２６号（Ａ、Ｒ，チャー
ブリビー（Ａ、Ｒ，Ｃｈａｒｐｌｙｖｙ　）ケース５９
−４）を参照すること。ライン幅エンハンスメント係数
の測定の一般的議論に関しては、ＩＥＥＥ　、１゜妊」
皿眞Ｊ封、は、ＱＥ”１８、ベージ２５９以降（１９８
２年）静１ユ巳ｖｓ、Ｌｅｔｔ、　　４２（８）、ベー
ジ６３１以降（１，９８３年）　；　Ｅｌｅｃｌ　Ｌｅ
ｔｔ、、　２３、ベージ３９３−４（１９８７年）：及
びＥｌｅｃｔ、Ｌｅｔ、ｔ、　、２２、ベージ５８０−
１（１！１８６年）を参照すること。上に説明のデチュ
ーニングの結果として、結果としてのＤＢＲレーザーは
電流ドライブ要件を低下させるため、及びＦＭ応答を実
質的に平坦化させるための大きなキャリア仲裁ＦＭ応答
を提供する。

典型的なブラッグ　セクションは１５０から３００Ｉｊ
、ｍの間の長さを持ち、一方、利得領域は、典型的には
２５０と６００μｍの間の長さを持つ。

一つの実験的な例においては１幅広くチューニングが可
能な多重量子井戸（ＭＱＷ）ＤＢＲレーザー（第３図）
が完全に統合された狭ハンド　チューナツル　インコヒ
ーレント受信機として機能する。ターミナルを介して閾
値（０，９９Ｉｔｈ）より少し下にバイアスされると、
このデバイスは同時にチューナプル　フィルター、共振
光学増幅器、光検出器、及び必要であればＦＳＫ弁別器
として機能する。ＦＳＫ送信機及びＦＳＫ受信機の両方
に対して同一デバイスを使用して、ＦＳＫ伝送が１Ｏ−
９ＢＥＲに対する一３０ｄＢｍの予備の最適化されてな
い感度において、最高２５０　Ｍ　ｂ　／　ｓの速度ま
て達成された。速度は送信機ＦＭ応答によって制約され
、独立した速度測定は少なくとも１．１０Ｈｚの受信機
ハント幅を示した。

レーザー構造１２の共振／フィルター／検出器は、従っ
て、ターミナル　デバイスであり得るため、これは、イ
ンライン伝送構成に対する必要性を排除する。この構成
内のデバイスはＴＲＡＰと呼ばれており、これは、チュ
ーナプル共振増幅光検出器（Ｔｕｎａｂｌｅ　　Ｒｅ５
ｏｎａｎｔ　　Ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ　　Ｐｈｏｔｏｄ
ｅｔｅｃｔｏｒ　　、ＴＲＡＰ）を意味する。レーザー
構造か閾値以下にバイアスされると、これは共振光学増
幅器として機能する（第５図を参照）。ブラッグ　セク
ションへの電流を調節することによって、ＴＲＡＰの〜
２０ＧＨｚ連続電気チューニンクが可能であり、また温
度調節によって、全チューニング　レンジへのアクセス
か可能である。ここでは、２セクシヨン　デバイスか使
用されるが、３セクシヨン幾何はチューニング　レンジ
を通じての全波長の連続電子カバレッジを提供する。タ
ーミナル■６を介してのブラッグセクションへの電流の
調節は、Ａ　　１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　。

５３（１２）、ベージ１０３６−８　（１９８８年）に
おいて説明されている。位相コントロール　セクション
を持つ３セクシヨン　デバイスについては、Ｅｌｃｃし
、　Ｌｅｔｔ、。

Ｖｏｌ、２４．　Ｎｏ、２３　、ベージ１４３１−２　
（１９８８年）において説明されている。

ＤＢＲレーザー構造１２内の光検出器は、アクティブ層
内の励起放射及び汚染キャリアの再結合に起因して光学
増幅プロセスの際に発生ずる。これは、屈折率及び疑似
フェルミ　レベル分離の両方を変化させる。後者は経路
３を介して検出される定電流順バイアス　レーザー　タ
イオート間の外部電圧を変化させ、低いダイオード　イ
ンピータンスは検出器を電圧源として機能させる。これ
は入り信号かキャリアを生成し、電流か反対の符号であ
り、高インピータンス　レーザー　タイオードか電流源
として機能する逆バイアス　ケースとは異なる。

ＭＱＷ−ＤＢＲ（ＴＲＡＰ）レーザー構造１２か二つの
異なるモート、つまり（１）ＦＳＫ弁別、及び（２）チ
ャーブ　フリー強度変調検出モートとして動作された。

レーザー構造のブラッグ　セクションのフィルターが第
４図に示される最も長いＦＳＫ波長よりも短い波長にチ
ューニングされたとき、向上されたＦＳＫ受信結果か得
られた。長波長ＦＳＫモートは大きな電圧変化を与える
ようにブラッグフィルターを引っ張り、一方、単波長Ｆ
ＳＫモートは小さな応答を持つ。これは以下のように理
解される。励起放射がキャリア密度を低減させると、屈
折率が増加し、従って、フィルターの中心波長か増加す
る。こうして、短波長サイトの信号はフィルターな“は
ねつけ′”、一方、長波長サイドの信号はフィルターを
信号の方向に“ひっばる”。最も大きな電気的信号、或
は電圧の変化は、信号が最も大きなキャリア密度の変化
を与えたとき起こる。これは、従って、この信号が幾ら
かの利得の飽和を誘引するのに十分に強いときフィルタ
ーの長波長サイトにおいて起こる。十分に長い波長にお
いては、初期未飽和共振フィルタ一応答は、フィルター
を“ひっばる”のに十分な励起放射を誘引するのには小
さすぎ、そして、この応答はフィルターが信号上のロッ
クを失うと急激に落ちる。これら効果はまたビット速度
にてタイナミックに起こる傾向を持つため、強い入射信
号に対する応答は複雑となり得る。但し、弱い信号では
、この応答は非常に単純である。

ＩＧを介しての利得セクションの電気的バイアシングを
より良く理解するために第５図の説明に移る。信号レー
ザー　ダイオード構造は、利得セクションがバイアスさ
れる注入電流（Ｉ６）の規模に応じて発光タイオード、
増幅器或はレーザーとして振る舞う。電流が最初に加え
られると、電子とホールの自然再結合が起こり（ＬＥＤ
動作）、他方のソースから結合された光波信号か吸収さ
れる。電流Ｉ６が増加すると、レーザー構造が入り光波
信号に対してより透明となり、より大きな利得を持つ。

結果として、入り光波信号は増幅される。ダイオードが
半導体光学増幅器（ＳＯＡ）になるのに十分な電気バイ
アスか存在するポイントか増幅の閾値である。電気バイ
アスＩＣ，か更に増加されると、レーザー構造の内部利
得か損失を超え、結果として、レーシンク状態或はレー
ザー構造か込り光波信号を利得か飽和されるまて増幅す
る（点線の曲線）。両方の状態（レーシング及び飽和）
はこのレーザー構造の反射要素の反射率に依存する。上
に説明のように、ＤＢＲバイアスＩ６の動作が統合共振
増幅器／フィルター／検出器としてのＤＢＲレーザー構
造１２の多機能動作に対する良好な結果を達成した。

当業者においては、この受信機か共振増幅器動作に対し
て偏波センシティブであることは明らかである。最適動
作のためにローカル　トランク−バーと遠隔トランシー
バ−との間に偏波の保守成は保存及び／或は修正が必要
となる。

材料系Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ　／　Ｉ　ｎ　Ｐか
上では分散フィードバック　レーザーに対して説明され
たが、他の材料の組合わせを他の半導体クループ■−ｖ
系、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／
Ｉ　ｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、Ｇ
ａＡｓＳｂ／ＧａＡｌＡｓＳｂ及びＧ　ａ　Ａ　ｓ　／
　ＡｌＡｓから選釈することも可能である。これら半導
体系においては、層は適当なＧａＡｓ或はＩｎＰ基板に
格子マツチングされる。基板材料上に歪んだ層か成長さ
れるようなミスマツチングも考えられる。

最後に、デバイス構造の第１Ｉ−ＸＩ族内の半導体化合
物への拡張も考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理による光波通信システムの略図： 第２図は本発明の原理による第１図の光波システムに使
用するための分散フラッグ反射器半導体レーザーの断面
を示す図； 第３図は第２図に示されるレーザーの代替実施態様とし
てのラインＸ−Ｘを通るセクションの断面を示す図： 第４図はＦＳＫ波長と相対的なフィルター波長の位置を
示す図；そして 第５図は様々な方法の動作における注入電流と内部利得
との関係を示す図である。 く主要部分の符号の説明〉 １旦　・・・　光波通信システム １５　・・・　伝送媒体 ２３　・・・　基板 ２４、２５ ２日 ・・・　コンタクト層 ・・・　クラツデイング層 ・・・　キャップ層 テレグラフ　カムパニ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光波信号を受信するための方法において、該方法が
   ： 分散ブラッグ反射器半導体レーザーを光学増幅のために
   レーシング閾値Ｉ＿ｔ＿ｈの１．２５下のレンジ内の所
   定の値に電気的にバイアスするステップ、 該光波信号を該分散ブラッグ反射器レーザー上に当るよ
   うに向けるステップ、 該分散ブラッグ反射器レーザー上に当る該光波信号を表
   わす電気信号を該光波信号を増幅し、該光波信号をフィ
   ルタリングし、そして少なくとも一つの屈折率の変化を
   電気信号に変換することによって誘導するステップを含
   み、該変化が該分散ブラッグ反射器レーザー上に当る該
   光波信号によって起こされることを特徴とする光波信号
   を受信するための方法。 ２、請求項１に記載の方法において、該バイアシングス
   テップが更に該分散ブラッグ反射器レーザーをレーシン
   グ閾値Ｉ＿ｔ＿ｈより少し下の該所定の値にバイアスす
   るステップを含むことを特徴とする方法。 ３、請求項２に記載の方法において、該分散ブラッグ反
   射器レーザーが光学的に互いに結合された利得セクショ
   ン及びブラッグセクションを含み、ここで、電気信号を
   派生するステップが更に該ブラッグセクションを電気的
   にバイアスすることによって所定の波長にチューニング
   するステップを含むことを特徴とする方法。 ４、請求項１に記載の方法において、該分散ブラッグ反
   射器レーザーが光学的に互いに結合された利得セクショ
   ン及びブラッグセクションを含み、ここで、電気信号を
   派生するステップが更に該ブラッグセクションを電気的
   にバイアスすることによって所定の波長にチューニング
   するステップを含むことを特徴とする方法。 ５、ＦＳＫ変調光波信号を受信するための方法において
   、該方法が： 互いに光学的に結合された利得セクション及びブラッグ
   セクションからなる分散ブラッグ反射器半導体レーザー
   を光学増幅のためにレーシング閾値Ｉ＿ｔ＿ｈの１．２
   ５下のレンジ内の所定の値に電気的にバイアスするステ
   ップ、 該ブラッグセクションを電気的にバイアスすることによ
   って該ＦＳＫ変調光波信号と関連する第一と第二の波長
   間で選択された所定の波長に該ブラッグセクションをチ
   ューニングするステップ、 該光波信号を該分散ブラッグ反射器レーザー上に当るよ
   うに向けるステップ、 該分散ブラッグ反射器レーザー上に当る該光波信号を表
   わす電気信号を該光波信号を増幅し、該光波信号をフィ
   ルタリングし、そして少なくとも一つの屈折率の変化を
   電気信号に変換することによって誘導するステップを含
   み、該変化が該分散ブラッグ反射器レーザー上に当る該
   光波信号によって起こされることを特徴とする光波信号
   を受信するための方法。 ６、請求項５に記載の方法において、該チューニングス
   テップが該所定の波長へのチューニングを実質的に該第
   一の波長近くにチューニングするステップを含み、該第
   一の波長が該第二の波長よりも長いことを特徴とする方
   法。 ７、トランシーバーを使用して光波信号を送信及び受信
   することによって光波信号を介して通信を行なうための
   方法において、該トランシーバーが分散ブラッグ反射器
   半導体レーザーを含み、該方法が： 該光波信号を伝送のために該ブラッグ反射器半導体レー
   ザーをレーシング閾値Ｉ＿ｔ＿ｈよりも大きな所定の値
   に電気的にバイアスするステップによって生成するステ
   ップ：及び 該分散ブラッグ反射器半導体レーザーを光学増幅のため
   に該レーシング閾値よりも１．２５下のレンジの所定の
   値に電気的にバイアシングするステップ、該光波信号を
   該分散ブラッグ反射器レーザーに当てるステップ、及び
   該分散ブラッグ反射器レーザーに当る該光波信号を表わ
   す電気信号を該光波信号を増幅し、該光波信号をフィル
   タリングし、そして少なくとも屈折率の変化を該電気信
   号に変換することによって派生するステップから成る一
   連のステップによって該光波信号を受信するステップを
   含み、該変化が該分散ブラッグ反射器レーザーに当る該
   光波信号によって起こされることを特徴とする方法。 ８、光波信号の送信機、該光波信号を受信するための受
   信機、及び該送信機を該受信機に光学的に結合するため
   の伝送媒体から成る光波通信システムにおいて、該受信
   機が該光波信号、及び実質的に該分散ブラッグ反射器レ
   ーザー構造に対するレーザーの閾値以下の電気的バイア
   スに応答して該光波信号を増幅、フィルタリング及び検
   出するための分散ブラッグ反射器レーザー構造から成る
   ことを特徴とする光波通信システム。